TWI447234B - 熱處理應變小之膚鍛鋼材 - Google Patents

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Description

熱處理應變小之膚鍛鋼材 發明領域
本發明係有關於一種藉由滲碳、滲碳氮化或滲碳滲氮(以下又有稱為「滲碳．氮化」的情況)淬火處理使表層部硬質之膚鍛鋼材。該膚鍛鋼材作為視高等級的耐磨耗性及耐疲勞性為必要之汽車等的齒輪、軸、等速接頭等的機械零件之素材係有用的。
本申請案係基於已於2012年1月26日提出申請之日本申請案日本特願2012-041174號主張優先權，並於此援引其內容。
 發明背景
近年來，從CO2 排放量的減低及省能源的推進之觀點，係尋求將包含汽車及機車等運送機械之車體輕量化、及考量燃料費的提升。作為車體輕量化對策的一環，齒輪及軸等之機械零件的小型化、輕量化已在進行中，但伴隨於此，而對上述機械零件尋求耐磨耗性及疲勞強度的提升。
作為改善齒輪等機械零件的耐磨耗性及耐疲勞性之手段，以往係泛用以滲炭．氮化淬火處理之表面硬化處理。但是，以因應提升經施予表面硬化處理之機械零件的尺寸精度、提升運作時之圓滑性及無聲性之技術性要求之意涵來說，則有極力縮小因表面硬化處理產生之應變(以 下有稱為「熱處理應變」之情況)之重要的課題。
作為熱處理應變之降低對策，例如於專利文獻1及2中則開示有下述方法：以滲碳．氮化熱處理後之內部組織可成為沃斯田鐵十粒鐵層之方式進行組織調整，並以該組織狀態進行淬火而製造應變小之高強度齒輪。
但是，該方法中因使用的鋼材其Si量少，故抗軟化性低。因此，若以高速旋轉使用所製造之齒輪，則因表面溫度上升而軟化，而有耐凹痕性降低之難點。
於專利文獻3中亦開示有一種已以同樣的方法而降低熱處理應變之膚鍛鋼。但該膚鍛鋼因C量多，而存有被削性、冷加工性、韌性等差之問題。
於專利文獻4中則開示有一種齒輪用鋼，係規定滲碳處理後的理想臨界直徑，而將滲碳淬火後之未施予滲碳．氮化之內部的金屬組織製成肥粒鐵：10~70%之低應變型滲碳淬火組織者。但該齒輪用鋼不僅因Si量多而滲碳性差，還有被削性及冷加工性差之問題。
於專利文獻5中則開示有一種方法：將鋼材的成分組成作適宜調整，並採用作適宜之滲碳處理條件來降低熱處理應變。並且，於專利文獻6中開示有一種方法：以鋼中的C或Mn量來控制臨界冷卻速度，而謀求熱處理後之低應變化。
於專利文獻7及8中則開示有一種方法：藉由於表面硬化處理後之淬火處理中，因應成分組成設定淬火開始溫度而進行淬火，並將表面硬化處理後的芯部、即將非滲 碳層之組織調整成以初析肥粒鐵面機率計為20~80%。
於專利文獻9中則開示有一種方法作為應變量降低對策：施行滲碳冷卻．再加熱淬火處理，而謀求熱處理應變的降低與彎曲疲勞強度的提升。但，以該方法卻無法避免伴隨再加熱淬火造成之生產性降低、及熱理處成本的上升。
於專利文獻10中開示有一種氮化用鋼，係於特定條件下軋縮未凝固區域，且於凝固末期位置不施加電磁攪拌且不使白層生成，並設於D/4部之偏析度C/Co為0.99~1.01，而製成實質上部不具有白層者。
於專利文獻11中則開示有一種膚鍛鋼，係鑄片之徑方向剖面內之C與Mn之顯微偏析度的最大值與最小值在0.03%以內，且鄰接之含有量的差在0.02%以內者。並且，於專利文獻12中開示有一種自C的中心偏析度為1.1~1.0之鑄片製造出之低應變膚鍛鋼。
但是，事實上不論適用上述任一方法及鋼，都無法達成滿足最近需求者的嚴格要求之低應變化。
先行技術文獻 【專利文獻】
專利文獻1：日本特開平05-070924號公報
專利文獻2：日本特開平05-070925號公報
專利文獻3：日本特開昭58-113316號公報
專利文獻4：日本特開平08-109435號公報
專利文獻5：日本特開平02-298250號公報
專利文獻6：日本特開昭61-210154號公報
專利文獻7：日本特開平09-137266號公報
專利文獻8：日本特開平10-147814號公報
專利文獻9：日本特開平05-148535號公報
專利文獻10：日本特開2000-343191號公報
專利文獻11：日本特開2006-097066號公報
專利文獻12：日本特開昭58-052459號公報
 發明概要
本發明係鑑於上述實情，以於膚鍛鋼材的滲碳．氮化淬火處理中極力縮小因該淬火處理產生之熱處理應變為課題，並以提供一種具優異耐磨耗性與疲勞強度、且尺寸精度高之膚鍛鋼製品來解決該課題。
本發明之要旨如下。
(1)一種膚鍛鋼材，係橫剖面具有含有等軸晶區域、與配置於該等軸晶區域周圍之柱狀晶區域之顯微組織者，其特徵在於：前述膚鍛鋼材以質量%計，具有含有：C：0.05~0.45%、Si：0.01~1.0%、Mn：大於0且至2.0%、Al：0.001~0.06%、N：0.002~0.03%、S：大於0且至0.1%、P：大於0且至0.05%、及剩餘部份：Fe及不可避免的雜質之成分組成；且前述等軸晶區域滿足下述(a)式及下述(b)式，或前述柱狀晶區域滿足下述(c)式： Re=(Ae/Ao)×100≦30% (a)式，(Cmin,1/Co)≧0.95 (b)式，(Cmin,2/Co)≧0.95 (c)式；在此，Re：前述等軸晶區域的面積率(%)，Ae：前述等軸晶區域的面積(%)，Ao：前述橫剖面的面積(%)，Co：前述橫剖面中的平均C濃度(%)、或者是澆桶或連續鑄造鋼液分配器內熔鋼的C濃度(質量%)，Cmin,1：前述等軸晶區域內部的最小C濃度(質量%)，Cmin,2：前述柱狀晶區域內部的最小C濃度(質量%)。
(2)於上述(1)記載之膚鍛鋼材，其中前述等軸晶區域滿足前述(1)式及前述(2)式，且前述柱狀晶區域滿足前述(3)式。
(3)於上述(1)或(2)記載之膚鍛鋼材，其中前述等軸晶區域至少滿足下述(d)式及下述(e)式之至少一式：(L/F)≧0.6 (d)式，(L/S)≧0.6 (e)式；在此，L：自前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置起至前述橫剖面中心部為止之距離(mm)；F：自前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置與相對於前述橫剖面中心部為對稱方向 之前述等軸晶區域外周部之位置起至前述橫剖面中心部為止之距離(mm)；S：與連結前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置及前述橫剖面中心部之直線垂直之直線中通過前述橫剖面中心部之直線、與前述等軸晶區域外周部交叉之位置上，為較大者之距離(mm)。
(4)於上述(3)記載之膚鍛鋼材，其中前述等軸晶區域滿足前述(d)式及前述(e)式。
(5)於上述(1)至(4)記載之膚鍛鋼材，其中前述鋼材的成分組成以質量%計，更含有下述至少1種元素：Mo：大於0且至1.5%、V：大於0且至1.5%、Nb：大於0且至1.5%、Cu：大於0且至1.0%、Ni：大於0且至2.5%、Cr：大於0且至2.0%、及Sn：大於0且至1.0%。
(6)於上述(1)至(5)記載之膚鍛鋼材，其中前述鋼材的成分組成以質量%計，更含有下述至少1種元素：Ca：大於0且至0.01%、Zr：大於0且至0.08%、Pb：大於0且至0.4%、Bi：大於0且至0.3%、Te：大於0且至0.3%、Rem：大於0且至0.1%、及Sb：大於0且至0.1%。
(7)於上述(1)至(6)記載之膚鍛鋼材，其中前述鋼材的成分組成以質量%計，更含有下述至少1種元素：Ti：大於0且至0.30%、及B：大於0且至0.005%。
(8)於上述(1)至(7)記載之膚鍛鋼材，其中前述鋼材的成分組成以質量%計，更含有W：大於0且至2.0%。
(9)本發明之第二態樣一種機械零件，其係將上述(1) 至(8)中任一項記載之膚鍛鋼材加工及熱處理而得者。
依據本發明，可提供一種因膚鍛鋼材的滲碳．氮化淬火處理產生之熱處理應變小、尺寸精度高、且具優異疲勞特性之膚鍛鋼製品。進而，藉由將所述之膚鍛鋼材進行加工及熱處理，可提供一種噪音及震動少、且疲勞壽命長之機械零件。
圖式簡單說明
圖1係示意顯示鋼材剖面內顯微組織之等軸晶區域的偏移之圖。
圖2係顯示於實施例採用之滲碳淬火條件之圖。
 用以實施發明之形態
於本書明書中雖以對齒輪的適用為主體來說明本發明，但本發明之膚鍛鋼材並不只限定適用於齒輪，其係可適用於藉由上述淬火處理將表層部硬質化之機械零件，特別係可適用於嚴格要求滲碳．淬火處理後之應變量的降低之機械零件。
如同前述，本發明者等為解決本發明之課題且為了達成本發明之目的，首先，就積極調查了會對熱處理應變產生影響之要因。結果，發現了於鋼材橫剖面之顯微組織(凝固組織)中下述原因等會對熱處理應變造成很大的影響：(a)C濃度的降低； b)溶質濃度容易不均一之等軸晶區域之面積及面積率；及(c)等軸晶區域及等軸晶區域周邊的柱狀晶區域上之C濃度的降低。
進而，持續積極調查之結果，發現了於鋼材橫剖面之顯微組織(凝固組織)中，藉由下述方式，或將(x)、(y)、(z)組合兩種以上，可將熱處理應變降低至滿足最近需求者的嚴格要求：(x)不僅縮小等軸晶區域，還抑制等軸晶區域之C濃度的降低；(y)抑制等軸晶區域周邊之柱狀晶區域之C濃度的降低；或(z)將鋼材橫剖面內之等軸晶區域的分布更靠近軸對稱。
於鋼材橫剖面內顯微組織之等軸晶區域中，有從外周部向該橫剖面之中心部，C等之溶質的濃度會降低之傾向。因此，若等軸晶區域在上述橫剖面內自軸對稱偏移，則因下述原因，熱處理應變會變大：(A)因滲碳．氮化處理產生之伴隨麻田散鐵變態之膨脹量的不均一；(B)麻田散變態產生之時間的偏差；及(C)麻田散鐵變態機械性特性之周方向中之不均一。
另一方面，於鋼材橫剖面內顯微組織中，若將等軸晶區域的分布靠近軸對稱，則因鋼材橫剖面內之上述 (A)、(B)、(C)會被矯正，故熱處理應變會降低。
又，於鋼材橫剖面內顯微組織中，若縮小等軸晶區域、防止等軸晶區域內部之C濃度的降低，降低於等軸晶區域周邊之柱狀晶區域下C濃度的降低，於等軸晶區域及於等軸晶區域周邊之柱狀晶區域中，因滲碳．氮化淬火處理發生之變態所產生之膨脹量、或麻田散鐵變態產生之時間的偏差、及麻田散鐵變態後機械性特性之周方向中之不均一會降低，而熱處理應變會降低。
具體來說，若將於鋼材橫剖面內顯微組織中，等軸晶區域面積(Ae)相對於橫剖面面積(Ao)的面積率(Re=Ae/Ao)設為30%以下，且將鋼材橫剖面內等軸晶區域內部最小C濃度(Cmin,1)(質量%)相對於鋼材橫剖面內平均C濃度(Co)(質量%)或者澆桶或連續鑄造鋼液分配器內熔鋼的C濃度(Co)(質量%)之比(Cmin,1/Co)設為0.95以上，可有效地降低熱處理應變。
進而，若將於鋼材橫剖面內顯微組織中之等軸晶區域的偏移(參照圖1)，以下述L、F及S所定義之指標(L/F)及(L/S)定量地把握，並將(L/F)及/或(L/S)維持在0.6以上，則可更降低熱處理應變。
L：自前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置起至前述橫剖面中心部為止之距離(mm)。
F：自前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置與相對於前述橫剖面中心部為對稱 方向之前述等軸晶區域外周部之位置起至前述橫剖面中心部為止之距離(mm)。
S：與連結前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置及前述橫剖面中心部之直線垂直之直線中通過前述橫剖面中心部之直線、與前述等軸晶區域外周部交叉之位置上，為較大者之距離(mm)。
進而，將於鋼材橫剖面內顯微組織中等軸晶區域周邊之柱狀晶區域內部的最小C濃度(質量%)設為Cmin,2，將Cmin,2相對於(質量%)相對於鋼材橫剖面內平均C濃度(Co)(質量%)、或澆桶或連續鑄造鋼液分配器內熔鋼的C濃度(Co)(質量%)之比(Cmin,2/Co)維持在0.95以上，可更降低熱處理應變。
如同上述，藉由(a)滿足下述(1)式及(2)式，或(b)滿足下述(3)式，可穩定地降低熱處理應變。又，藉由(c)滿足下述(1)式~(3)式，可以更多樣的用途來降低熱處理應變。
進而，藉由(d)滿足下述(4)式、(5)式之一方或雙方，以各種形狀的機械零件來說，可更加安定地降低熱處理應變。
Re=(Ae/Ao)×100≦30% (1)式
(Cmin,1/Co)≧0.95 (2)式
(Cmin,2/Co)≧0.95 (3)式
(L/F)≧0.6 (4)式
(L/S)≧0.6 (5)式
於鋼材橫剖面內顯微組織中等軸晶區域之L、F、S的測定、於等軸晶區域內部之最小C濃度的測定、及於柱狀晶帶區域之最小C濃度的測定，亦可以鑄片、鋼片、軋延材、及將軋延材加工過的機械零件中任一之鋼材來進行。
於鋼材橫剖面內顯微組織中之等軸晶區域及柱狀晶區域，可以鹽酸系或苦味酸系的腐蝕液、Oberhoffer腐蝕液進行腐蝕使其顯現，亦可以硫黃印檢驗法或蝕刻印刷法使其顯現。又，亦可使用EPMA等之各種電子顯微鏡，以凝固組織中之元素分布(面分布)來確認。
等軸晶區域的Cmin,1、及柱狀晶區域的Cmin,2之評價，在確認了顯微組織之外，還會以鑽削加工或階段銑切法等從各區域採取切屑進行化學分析、以倒數法(count-back)測定各區域之C濃度分布，或以藉由EPMA等之元素分布或線分析來測定C濃度的分布。
Co可以上述手法測定鋼材橫剖面內之平均C碳濃度，並且亦可將經以澆桶或連續鑄造鋼液分配器採取到的熔鋼試樣進行化學分析、以倒數法進行分析而求得。
根據本發明，可藉由限制供於滲碳．氮化處理之膚鍛鋼材的橫剖面中等軸晶區域的面積率、進而抑制等軸晶區域內或等軸晶區域周邊的柱狀晶區域內負偏析的生成、並且矯正橫剖面中等軸晶區域的分布或形狀的偏差， 可抑制膚鍛鋼材的淬火性、機械性特性之橫剖面上之周方向不均一。因此，可提供一種因滲碳．氮化淬火處理產生之熱處理應變小、尺寸精度高、且具優異疲勞特性之膚鍛鋼材製品。
接著，將就本發明之限定膚鍛鋼材的成分組成之理由進行說明。而%係意指質量%。
C：0.05~0.45%
C係確保以作為機械零件之內部強度來說為必要之元素。若低於0.05%，則無法獲得充分之內部強度，故設下限為0.05%。若超過0.45%，則不僅韌性會劣化，被削性及冷鍛性亦會降低而使加工性劣化，故設上限為0.45%。
C量適宜之下限為0.10%，更佳之下限為0.20%。
C量適宜之上限為0.30%，更佳之上限為0.25%。
Si：0.01~1.0%
Si除了可於熔製時作為脫氧材發揮作用，還發現因可提升變態點而可使內部強度提高之作用。並且，還發現Si在一般之淬火溫度(800~1050℃)下亦可將內部組織雙相化並抑制熱處理應變之作用。
未獲得添加效果而添加0.01%以上之Si，但若Si含量超過1.0%，則不僅粒界氧化會進行、彎曲疲勞強度會劣化，冷鍛性及被削性亦會劣化，故設上限為1.0%。而作為表面硬化之手段，採用氣體滲碳．氮化法時，若Si超過1.0%，則滲碳．氮化會被阻礙，故從這點來看設上限為1.0%。
Si量適宜之下限為0.15%，更佳之下限為0.30%。
Si量適宜之上限為0.7%，更佳之上限為0.6%。
Mn：大於0且至2.0%
Mn為可作為脫氧材發揮作用，且有助於強度及淬火性之提升之元素，但若超過2.0%，不僅冷加工性會惡化，往結晶粒界的偏析會量增大而使彎曲疲勞特性惡化，故設上限為2.0%。且宜為1.5%以下。下限雖為大於0%，但以要確實獲得添加效果而言以0.3%以上為佳。
Al：0.001~0.06%
Al為可作為脫氧材發揮作用，且可發揮結合鋼中的N而形成AlN來防止結晶粒的粗大化之作用之元素。為獲得脫氧效果，而添加0.001%以上。若超過0.06%，則添加效果會飽和，並且會與氧結合而形成對衝擊特性造成不良影響之非金屬系介在物，故設上限為0.06%。
Al量適宜之下限為0.005%，更佳之下限為0.01%。
Al量適宜之上限為0.04%，更佳之上限為0.03%。
N：0.002~0.03%
N為可於鋼中與Al、V、Ti、Nb等結合而形成可抑制結晶粒之粗大化之氮化物的元素。為獲得添加效果，而添加0.002%以上。且宜為0.007%以上。若超過0.03%，則添加效果會飽和，並且已生成之氮化物會變成介在物而對物性造成不良影響，故設上限為0.03%。且宜為0.01%以下。
P：大於0且至0.05%
P係會於結晶粒界偏析而使韌性降低之元素，故設上限 為0.05%。且宜為0.03%以下。雖然P越少越好而下限為大於0%，但通常會不可避免地存在0.001%左右。
S：大於0且至0.1%
S係可抑制熱處理時之表層脫碳，且改善被削性之元素，但若超過0.1%，則於熱處理時之加工性及疲勞特性會降低，故設上限為0.1%。而為齒輪的情況時，不僅豎向的衝擊特性，橫向的衝擊特性亦很重要。為降低異方向性而提高橫向的衝擊特性，S以0.03%以下為佳。又宜為0.01%以下。
本發明膚鍛鋼材的剩餘部分係Fe及不可避免的雜質，但更可添加下述至少一種元素作為選擇元素來圖謀特性的提升：Mo：大於0且至1.5%、V：大於0且至1.5%、Nb：大於0且至1.5%、Cu：大於0且至1.0%、Ni：大於0且至2.5%、Cr：大於0且至2.0%、及Sn：大於0且至1.0%。
Mo、V、Nb皆為可提高變態點，故即使於一般淬火溫度(800~1050℃)下亦可使內部組織雙相化，而發揮抑制熱處理應變之作用的元素。Mo係對係對粒界強度之提升、不完全淬火組織之降低、及淬火性之提升有幫助的元素，但若超過1.5%，則添加效果會飽和，故設上限為1.5%。 又宜為1.0%以下。
V與Nb亦為與C或N結合會形成碳氮化物而使結晶粒微細化，而對韌性之提升有幫助的元素，但V若超過1.5%，則被削性會劣化，故設V的上限為1.5%，而Nb若超過1.5%，則被削性會劣化，故設Nb的上限為1.5%。
Mo、V、Nb適宜之下限皆為0.005%。
Mo、V、Nb適宜之上限皆為1.0%。
Cu、Ni、Cr、及Sn係對內部組織的雙相化有幫助的元素。Cu與Sn亦為對耐蝕性之提升有幫助之元素。Cu與Sn若超過1.0%，則不僅添加效果會飽和且熱加工性會劣化，故皆設上限為1.0%。亦宜皆為0.6%以下。
此外，單獨添加Cu、或複合添加Cu與Sn，會對熱加工性有顯著的不良影響，故當於單獨添加Cu、或複合添加Cu與Sn之情況時，宜添加同量程度以上之Ni與Cu。
Ni係可使淬火硬化後之組織為係化而提升韌性，對加工性之提升有幫助，且對確保已穩定之內部硬度有幫助之元素。若超過2.5%，則添加效果會飽和，故設上限為2.5%。又宜為2.0%以下。
Cr係可發揮提升淬火性來提升內部硬度之作用的元素。但若超過2.0%，則於粒界中碳化物會析出而使粒界強度降低、韌性降低，故設上限為2.0%。又宜為1.5%以下。
本發明膚鍛鋼材為使特性提升，更可含有下述至少一種元素作為選擇元素： Ca：大於0且至0.01%、Zr：大於0且至0.08%、Pb：大於0且至0.4%、Bi：大於0且至0.3%、Te：大於0且至0.3%、Rem(Ce、La、Nb等之希土族元素)：大於0%且至0.1%、及Sb：大於0且至0.1%。
Ca係可將硬質氧化物軟質化而提升被削性之元素，但若超過0.01%，則添加效果會飽和，故設上限為0.01%。又宜為0.007%以下。Zr可將MnS球狀化而改變異方向性，並提升被削性之元素，但若超過0.08%則添加效果會飽和，故設上限為0.08%。又宜為0.05%以下。
Pb、Bi、Te、Rem(Ce、La、Nb等之希土族元素)、及Sb係對被削性之提升有幫助、且可抑制硫化物的延伸而抑制硫化物造成之韌性等機械性特性之劣化及異方向性的增大之元素。但若過多，則會對凹痕壽命及提勞強度有顯著的不良影響，故設Pb為0.40%以下、Bi與Te各為0.3%以下、Rem及Sb各為0.1%以下。又宜Pb為0.30%以下、Bi與Te各為0.2%以下、Rem及Sb各為0.06%以下。
本發明膚鍛鋼材為提升特性，更可含有下述至少1種元素：Ti：大於0%且至0.3%、及B：大於0且至0.005%。
Ti為與N結合會形成碳氮化物而使結晶粒微細化，而對韌性之提升有幫助的元素，但若過多則對凹痕壽命及切削性會有不良影響，故設上限為0.1%。
Ti適宜之下限皆為0.005%，更適宜之下限為0.010%。
Ti適宜之上限皆為0.05%，更適宜之上限為0.02%。
B係對淬火性之提升有幫助之元素，但因添加效果於0.005%會飽和．故設上限為0.005%。又宜為0.002%以下。
W：大於0%~2.0%
本發明膚鍛鋼材為提升特性，更可含有W：大於0%且至2.0%。
添加適度的W，對淬火性之提升、及對藉由肥粒鐵之強化而強度之提升係有效的。但添加效果於2.0%會飽和，故設上限為2.0%。又宜為1.5%以下。
本發明膚鍛鋼材係上述成分組成之鋼材，且係鋼材橫剖面內等軸晶區域的面積率或等軸晶區域的負偏析度、等軸晶區域的形狀或偏移、及柱狀晶區域的負偏析度滿足前述(1)式及(2)式、或(3)式，進而還適宜地滿足前述(4)式及/或(5)式之鋼材，故若對成形成成品之鋼材施行滲碳．氮化淬火處理，結果可得尺寸精度高、且表面硬度高，並具有優異耐磨耗性之機械零件。
本發明中採用之滲碳．氮化淬火處理並不限於特定的處理，亦可採用公知的氣體滲碳(或滲碳氮化)、固體滲碳(或滲碳氮化)、鹽浴滲碳(或滲碳氮化)、電漿滲碳(或滲碳氮化)、真空滲碳(滲碳氮化)等。並且，特別係於欲獲得具 有高等級韌性之膚鍛鋼材的情形時，宜於滲碳．氮化淬火處理後在100~200℃左右進行退火處理。
滲碳．氮化淬火處理後、或在其之後進行退火處理後，對膚鍛鋼材製品進行珠擊處理，給予表面壓縮殘留應力，可使疲勞強度更佳提昇。珠擊處理條件，例如係使用硬度為HRC45以上，且粒徑為0.04~1.5mm的珠粒，而弧高(表示因珠擊造成表面變形高度的值)宜為0.2~1.2mmA。
珠粒硬度若低於HRC45、或弧高低於0.2mmA，則無法給予膚鍛鋼材製品表面充份的壓縮殘留應力，並且弧高若超過1.2mmA，則會因過度珠擊而對疲勞特性有不良影響。雖無特別規定珠粒硬度的上限，但實用上是至HRC65左右為止。對珠粒粒徑亦無特別限制，宜為0.04~1.5mm，又以0.3~1.0mm為佳。
珠擊處理通常進行一次就足夠了，但因應必要亦可反覆進行2次以上。
實施例
接著，將舉實施例來更具體地說明本發明之構成及作用效果，但本發明並不受下述實施例所限制，係可在適於本發明主旨範圍內做變更而實施，且其亦包含於本發明技術發明內。
將具有表1~4、7~10所示成分組成之鋼材，以一般的連續鑄造步驟，且使用厚220mm×寬220mm正方形截面的鑄模、或厚350mm×寬560mm長方形截面的鑄模來鑄造。並於將發明例表示在表1~4，將比較例表示在表7~ 10。於表中表示成分組成，並表示Re(%)、(Cmin,1/Co)、(Cmin,2/Co)、及(L/F)與(L/S)。此外，表中tr矽表示該成分元素的含量為可無視之程度之極微量之意。
發明例的鋼材、及比較例的鋼材之Re、(Cmin,1/Co)、(Cmin,2/Co)、及(L/F)與(L/S)係依以下方法而調整。
(a)將鋼液分配器內熔鋼進行過熱；(b)使鑄模內的電磁攪拌強度變化；(c)使鑄造速度變化等；或對一部份的鑄片用凝固末期的輕軋縮來抑制等軸晶區域內的負偏析，使鋼材截面內之等軸晶區域的面積與面積率、等軸晶區域的恆截面內之形狀或偏移，進而等軸晶區域內部的C濃度、及等軸晶區域周邊的柱狀晶區域的C濃度分布變化。
若鋼液分配器中熔鋼的過熱溫度越低，則等軸晶區域的面積會增加，並且鑄模內的電磁攪拌強度越高，則等軸晶區域的面積會增加。而且，使用扁平矩形截面的鑄模來製造時，與正方形截面的鑄模相比，等軸晶區域的橫截面內的形狀易變成扁平。
若於連續鑄造過程中提升鑄造強度，則等軸晶會容易網助片下面測沉入，而鑄片橫截面內的的等軸晶區域會往下面側偏移。若增強鑄模內的磁攪拌強度，則表面層的柱狀晶區域中C濃度會降低，而若在凝固末期施行輕軋縮，則可抑制中心偏析、及形成於周邊部之負偏析的生成，而可抑制等軸晶區域內部中C濃度的降低。
將以各種鑄造條件進行鑄造而得之鑄片進行胚 軋成形成162mm方型之鋼片，之後以熱軋成形成25mm Φ與48mm Φ之鋼棒。將25mm Φ之鋼棒在900℃下保持1小時後，且進行氣冷之正常化處理後，切成200mm長，接著切削表層，加工成22mmΦ×長度200mm的棒狀試驗片。
48mm Φ的鋼棒亦在900℃下保持1小時後，且進行氣冷之正常化處理後，切成15mm長，接著切削表層並加工成外徑為45mm Φ，之後將其中心部挖空，加工成內徑26mm Φ×外徑45mm Φ×高15mm的環狀試驗片。
使用該等試驗片，以圖2所示之條件，不論哪個水準皆各5個進行滲碳氮化淬火試驗，並測定試驗片的離心旋轉量及真圓度評價熱處理應變，算出5個的平均值。
滲碳淬火係對試驗片1支或每1個進行處理。此外，油淬火係將棒狀試驗片對油面垂直浸漬，並且對環狀試驗片係將試驗片的上下面對油面平行浸漬，這係考慮到為了滲碳．淬火的方法及條件的變動不會影響到熱處理應變。
在滲碳淬火試驗的前後，對22mm Φ×長度200mm的棒狀試驗片，以試驗片兩端的截面中心部作為支點往圓周方向旋轉，並測量長條方向中央部之相當於離心旋轉量的彎曲量算出平均值，而對環狀試驗片，在試驗片的高度方向3個地方沿著內周及外周測定真圓度算出平均值。平均值是以n=5支，或n=5個來算出的。
將棒狀試驗片之最大彎曲量的平均值與環狀試驗片之真圓度的最大值的平均值顯示於表5、6、11、12。
並且，從滲碳氮化淬火後的試驗片採取組織觀察用的試料，用苦味酸系腐蝕液腐蝕使險為組織顯現，測定Ae、L、F及S，並算出Re、L/F及L/S。使用上述試料以EPMA進行元素分布，求取等軸晶區域中Cmin,1與柱狀晶區域中Cmin,2，並且求取鋼液分配器內熔鋼的C濃度Co，算出(Cmin,1/Co)及(Cmin,2/Co)。將算出結果顯示於表5、6、11、12。
表1~6顯示之實施例(Ex.1~100)中，將棒狀試驗片進行滲碳淬火後所測定之最大彎曲量(n=5支的平均值)係降低至15μm以下，並且將環狀試驗片進行滲碳淬火後所測定之真圓度的最大值(n=5支的平均值)亦降低至10μm以下。
另一方面，表7~12顯示之實施例(Comp.Ex.1~79)中，將棒狀試驗片進行滲碳淬火後所測定之最大彎曲量係20μm以上，並且將環狀試驗片進行滲碳淬火後所測定之真圓度的最大值係15μm以上，皆為較發明值大5μm以上之值。
產業上之可利用性
如同前述，依據本發明，可提供一種因滲碳．氮化淬火處理造成之熱處理應變小、尺寸精度高，且具優異疲勞特性之膚鍛鋼材製品。
L‧‧‧自前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置起至前述橫剖面中心部為止之距離(mm)
F‧‧‧自前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置與相對於前述橫剖面中心部為對稱方向之前述等軸晶區域外周部之位置起至前述橫剖面中心部為止之距離(mm)
S‧‧‧與連結前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置及前述橫剖面中心部之直線垂直之直線中通過前述橫剖面中心部之直線、與前述等軸晶區域外周部交叉之位置上，為較大者之距離(mm)
圖1係示意顯示鋼材剖面內顯微組織之等軸晶區域的偏移之圖。
圖2係顯示於實施例採用之滲碳淬火條件之圖。
L‧‧‧自前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置起至前述橫剖面中心部為止之距離(mm)
F‧‧‧自前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置與相對於前述橫剖面中心部為對稱方向之前述等軸晶區域外周部之位置起至前述橫剖面中心部為止之距離(mm)
S‧‧‧與連結前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置及前述橫剖面中心部之直線垂直之直線中通過前述橫剖面中心部之直線、與前述等軸晶區域外周部交叉之位置上，為較大者之距離(mm)

Claims (9)

  1. 一種膚鍛鋼材，係橫剖面具有含有等軸晶區域、與配置於該等軸晶區域周圍之柱狀晶區域之顯微組織者，其特徵在於：前述膚鍛鋼材具有以質量%計，含有：C：0.05~0.45%、Si：0.01~1.0%、Mn：大於0且至2.0%、Al：0.001~0.06%、N：0.002~0.03%、S：大於0且至0.1%、P：大於0且至0.05%、及剩餘部份：Fe及不可避免的雜質之成分組成；且前述等軸晶區域滿足下述(1)式及下述(2)式，或前述柱狀晶區域滿足下述(3)式：Re=(Ae/Ao)×100≦30% (1)式，(Cmin,1/Co)≧0.95 (2)式，(Cmin,2/Co)≧0.95 (3)式；在此，Re：前述等軸晶區域的面積率(%)，Ae：前述等軸晶區域的面積(%)，Ao：前述橫剖面的面積(%)，Co：前述橫剖面中的平均C濃度(%)、或者是澆桶或連續鑄造鋼液分配器內熔鋼的C濃度(質量%)，Cmin,1：前述等軸晶區域內部的最小C濃度 (質量%)，Cmin,2：前述柱狀晶區域內部的最小C濃度(質量%)。
  2. 如申請專利範圍第1項之膚鍛鋼材，其中前述等軸晶區域滿足前述(1)式及前述(2)式，且前述柱狀晶區域滿足前述(3)式。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之膚鍛鋼材，其中前述等軸晶區域至少滿足下述(4)式及下述(5)式之至少一式：(L/F)≧0.6 (4)式，(L/S)≧0.6 (5)式；在此，L：自前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置起至前述橫剖面中心部為止之距離(mm)；F：自前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置與相對於前述橫剖面中心部為對稱方向之前述等軸晶區域外周部之位置起至前述橫剖面中心部為止之距離(mm)；S：與連結前述等軸晶區域外周部中最接近前述橫剖面中心部之位置及前述橫剖面中心部之直線垂直之直線中通過前述橫剖面中心部之直線、與前述等軸晶區域外周部交叉之位置上，為較大者之距離(mm)。
  4. 如申請專利範圍第3項之膚鍛鋼材，其中前述等軸晶區域滿足前述(4)式及前述(5)式。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之膚鍛鋼材，其中前述鋼材的成分組成以質量%計，更含有下述至少1種元素： Mo：大於0且至1.5%、V：大於0且至1.5%、Nb：大於0且至1.5%、Cu：大於0且至1.0%、Ni：大於0且至2.5%、Cr：大於0且至2.0%、及Sn：大於0且至1.0%。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之膚鍛鋼材，其中前述鋼材的成分組成以質量%計，更含有下述至少1種元素：Ca：大於0且至0.01%、Zr：大於0且至0.08、Pb：大於0且至0.4%、Bi：大於0且至0.3%、Te：大於0且至0.3%、Rem：大於0且至0.1%、及Sb：大於0且至0.1%。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之膚鍛鋼材，其中前述鋼材的成分組成以質量%計，更含有下述至少1種元素：Ti：大於0且至0.30%、及B：大於0且至0.005%。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之膚鍛鋼材，其中前述鋼材的成分組成以質量%計，更含有W：大於0且至2.0%。
  9. 一種機械零件，係將如申請專利範圍第1或2項之膚鍛鋼材加工及熱處理而得者。
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